霍爾傳感器在測量系統(tǒng)中的應用

電流的測量采用磁平衡式霍爾電流傳感器 傳感器可測量從直流到100kHz的交流量

在自動測控系統(tǒng)中,常需要測量和顯示有關(guān)電參量。目前大多數(shù)測量系統(tǒng)仍采用變壓器式電壓、電流互感器,由于互感器的非理想性,使得變比和相位測量都存在較大的誤差,常需要采用硬件或軟件的方法補償,從而增加了系統(tǒng)的復雜性。

采用霍爾檢測技術(shù),可以克服互感器這些缺點,能測量從直流到上百千赫茲的各種形狀的交流信號,并且達到原副邊不失真?zhèn)鬟f,同時又能實現(xiàn)主電路回路和電子控制電路的隔離,霍爾傳感器的輸出可直接與單片機接口。

因此霍爾傳感器已廣泛應用于微機測控系統(tǒng)及智能儀表中,是替代互感器的新一代產(chǎn)品。在此提出了利用霍爾傳感器對電參量特別是對高電壓、大電流的參數(shù)的測量。

l測量原理

1霍爾效應原理

如圖1所示,一個N型半導體薄片,長度為L,寬度為S,厚度為d,在垂直于該半導體薄片平面的方向上,施加磁感應強度為B的磁場,若在長度方向通以電流Ic則運動電荷受到洛倫茲力的作用,正負電荷將分別沿垂直于磁場和電流的方向向?qū)w兩端移動,并*在導體兩端形成一個穩(wěn)定的電動勢UH,這就是霍爾電動勢(或稱之為霍爾電壓),這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。霍爾電壓的大小UH=RIB/d=KHICB,其中R為霍爾常數(shù);KH為霍爾元件的乘積靈敏度。

2用霍爾傳感器測量電參量的原理

由霍爾電壓公式可知：對于一個成型的霍爾傳感器,乘積靈敏度KH是一恒定值,則UH∝ICB,只要通過測量電路測出UH的大小,在B和IC兩個參數(shù)中,已知一個,就可求出另一個,因而任何可轉(zhuǎn)換成B或J的未知量均可利用霍爾元件來測量,任何轉(zhuǎn)換成B和I乘積的未知量亦可進行測量。電參量的測量就是根據(jù)這一原理實現(xiàn)的。

若控制電流IC為常數(shù)，磁感應強度B與被測電流成正比，就可以做成霍爾電流傳感器測電流，若磁感應強度B為常數(shù)，IC與被測電壓成正比，可制成電壓傳感器測電壓，利用霍爾電壓、電流傳感器可測交流電的功率因數(shù)、電功率和交流電的頻率。

由UH=KICB可知：若IC為直流，產(chǎn)生磁場B的電流IO為交流時，UH為交流;若IO亦為直流，則輸出也為直流。當IC為交流，IO亦為直流時，輸出與IC同頻率的交流且其幅值與被測直流IO大小成正比，改變被測電流IO的方向，輸出電壓UH極性隨之改變。故利用霍爾傳感器，既可對直流量進行測量，亦可對交流量進行測量。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

檢測系統(tǒng)構(gòu)成如圖2，被測量經(jīng)霍爾傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)信號調(diào)理電路和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇，通過A/D轉(zhuǎn)換器送給單片機，單片機采用89C51，是該系統(tǒng)的主控器，鍵盤選用2×4鍵盤，用于選擇被測量的種類，采用數(shù)碼管或液晶顯示被測量的大小。